Pfc Henrique Versão 1.1 Completo 25-02-2015.pdf

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DA BAHIA CAMPUS VITÓRIA DA CONQUISTA DIRETORIA DE ENSINO COORDENAÇÃO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA DE MARCAÇÃO DE PEÇAS COM ELEVAÇÃO E MOVIMENTAÇÃO AUTOMATIZADA COM AUXÍLIO DE SUCÇÃO A VÁCUO E SISTEMA SCADA.

HENRIQUE SILVEIRA ALVES MARQUES

Vitória da Conquista – BA, fevereiro de 2015.

HENRIQUE SILVEIRA ALVES MARQUES

DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA DE MARCAÇÃO DE PEÇAS COM ELEVAÇÃO E MOVIMENTAÇÃO AUTOMATIZADA COM AUXÍLIO DE SUCÇÃO A VÁCUO E SISTEMA SCADA.

Projeto Final de Curso apresentado ao curso de Graduação em Engenharia Elétrica do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia, Campus Vitória da Conquista como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Eletricista.

Orientador: Prof. Dr. Wesley de Almeida Souto

Vitória da Conquista – BA, fevereiro de 2015.

AUTORIZO A REPRODUÇÃO E DIVULGAÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO, POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA FINS DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE.

HENRIQUE SILVEIRA ALVES MARQUES

DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA DE MARCAÇÃO DE PEÇAS COM ELEVAÇÃO E MOVIMENTAÇÃO AUTOMATIZADA COM AUXÍLIO DE SUCÇÃO A VÁCUO E SISTEMA SCADA.

Esta Monografia foi julgada adequada para obtenção do Grau de Engenheiro Eletricista com ênfase em Eletrotécnica e Automação, do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia, Campus Vitória da Conquista.

BANCA EXAMINADORA

___________________________________ Prof. Dr. Wesley de Almeida Souto Orientador ___________________________________ Prof Dr. Jose Alberto Diaz Amado Examinador - IFBA ___________________________________ Prof. Dr. Jorge Ricardo de Araújo Kaschny Examinador - IFBA

Vitória da Conquista – BA, fevereiro de 2015

DEDICATÓRIA

Dedico este trabalho aos meus pais e irmãos, sem os quais não seria possível a realização deste e que muito apoiaram para a realização deste curso; aos professores, que muito contribuíram para minha formação.

AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente a Deus pelo dom da vida, pela saúde e pela oportunidade de estar concluindo com satisfação este trabalho. Não posso deixar de agradecer a minha família, aos meus pais, Lidiomar e Noel, pelo incondicional apoio e por sempre acreditarem que eu seria capaz, a minha irmã Juliana, que não me negou ajuda em momentos decisivos e ainda devo muito a esta pessoa, e meu irmão Raphael pelo companheirismo e palavras de incentivo. Gostaria de agradecer aos tios, tias, primos e parentes pelo depósito de confiança em mim. Não posso deixar de falar de você, Jéssica, minha parceira, meu presente, meu amor, sempre ao meu lado e me apoiou em todos os momentos. Aos professores, pelos conhecimentos assim passados com tanto carinho e dedicação. Agradeço aos amigos que acreditaram no meu potencial, que sempre torceram por mim, fortalecendo e impulsionando a seguir em frente. Aos colegas que fiz ao longo desses anos na engenharia pelos momentos que vivemos de amizade e confiança crescente, da qual tenho certeza que levarei para toda vida. Agradeço ao meu orientador, prof. Wesley de Almeida Souto, que se tornou um grande amigo, e me auxiliou no que foi possível

para

êxito

nas

minhas

atividades

acadêmicas

e

consequentemente, crescimento profissional. Aos

colegas,

pelos

momentos

confraternizações, apoio e colaborações.

Os meus sinceros agradecimentos.

de

alegrias,

RESUMO Em diversas aplicações industriais se faz necessário algum tipo de seleção de peças, podendo esta ocorrer de acordo com o tipo de material ou dimensão, comum na indústria, por exemplo, na separação de pinos, esferas, botões, e objetos de pequenas dimensões de pouca complexidade geométrica. Além disso, estas peças podem passar por algum processo de marcação ou tratamento para acabamento do objeto. Sob este contexto, este projeto consiste no desenvolvimento de um sistema de marcação de peças com elevação e movimentação automatizada e sistema de sucção a vácuo para transporte das peças, além do desenvolvimento de um sistema de aquisição de dados e supervisão do projeto (SCADA). Para tal, foram utilizados os equipamentos como controlador lógico programável (CLP), sensores, atuadores pneumáticos, válvulas eletropneumáticas, relés de estado sólido e servomotores existentes no Laboratório de Automação Industrial e Sistemas Eletropneumáticos do IFBA Campus Vitória da Conquista. As rotinas de controle foram implementadas num CLP programado em Linguagem Ladder, de acordo com a Norma IEC 61131-3 e para o sistema supervisório, foi desenvolvido um protocolo de comunicação com interface gráfica o qual permite o controle do processo.

Palavras-chave: Automação Industrial, CLP, Sensores, Eletropneumáticos.

ABSTRACT In many industrial applications if some kind of selection of parts is required, this may occur according to the type of material or size, common in the industry, for example, the separation of pins, balls, buttons, and small objects low geometric complexity. Moreover, these parts may undergo some marking process or treatment for finishing of the object. In this context, this project is to develop a parts marking lift system and automated handling and vacuum suction system to transport the pieces, and the development of a data acquisition system and project supervision (SCADA). To do this, the devices as programmable logic controller were used (PLC), sensors, pneumatic actuators, electropneumatic valves, solid state relays and existing servo motors in the Industrial Automation Laboratory and Systems Electropneumatic the IFBA Campus Vitória da Conquista. Control routines were implemented in a PLC programmed in Ladder language, according to IEC 61131-3 and the supervisory system, we developed a communication protocol with a graphical interface which allows control of the process.

Keywords: Industrial Automation, PLC, sensors, Electropneumatic.

LISTA DE ABREVIATURAS

A

Ampere

CA

Corrente Alternada

CC

Corrente Contínua

CLP

Controlador Lógico Programável

CLPs

Controladores Lógicos Programáveis

CPD

Centro de Processamento de Dados

IEC

International Electrotechnical Commission

IHM

Interface Homem/Máquina

IL

Instruction List

LD

Diagramas de Relés

mA

Mili Ampere

MODICON

Modular Digital Controller

NA

Normalmente Aberto

NF

Normalmente Fechado

PLC

Programable Logic Controller

PWM

Pulse-Width Modulation

RPM

Rotações por minutos

RTU

remote terminal unit

SDCD

Sistemas Digitais de Controle Distribuídos

SFC

Sequencial Flow Chart

TIA

Totally Integrated Automation

V

Volts

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1 – Processo de Automação .................................................................................. 22 Figura 2.2 – Exemplo programa Ladder .............................................................................. 24 Figura 2.3 – Esquema Sistema Supervisório ....................................................................... 24 Figura 2.4 - Diagrama de blocos de um inversor de frequência. ......................................... 30

Figura 3.1 – Estação seletora de peças ................................................................................ 32 Figura 3.2 - CLP Siemens S7-1200 ..................................................................................... 34 Figura 3.3 - Bloco (SB1232 AQ - SIEMENS) que foi adicionado ao CLP ........................ 35 Figura 3.4 - Bloco (CSM 1277 - SIEMENS) ...................................................................... 35 Figura 3.5 – Motor de indução trifásico .............................................................................. 36 Figura 3.6 - Motor de 6 terminais, tensão nominal 220/380V: (a) conexão a rede 220/127 V (b) conexão a rede de 380/220 V. .................................................................................... 37 Figura 3.7 – Inversor de frequência ATV-08 Telemacanique ............................................. 37 Figura 3.8 - Esquema para "regulação de fábrica" .............................................................. 38 Figura 3.9 – Atuador Pneumático de ação dupla ................................................................. 40 Figura 3.10 – Válvula 5/2 Vias Eletropneumática .............................................................. 41 Figura 3.11 – Sensor de proximidade eletrônico Festo Tipo SMTO-1-...-C ....................... 41 Figura 3.12 – Esteira móvel e sensores de posições fim de curso e central. ....................... 42 Figura 3.13 – Sensor capacitivo .......................................................................................... 42 Figura 3.14 – Sensor indutivo ............................................................................................. 43 Figura 3.15 – Instalação sensores para reconhecimento do tipo de material ...................... 43 Figura 3.16 – instalação sensores para reconhecimento do tamanho do material ............... 44 Figura 3.17 – Compressor de ar Schulz ............................................................................... 44 Figura 3.18 – Mesa Móvel................................................................................................... 45 Figura 3.19 – Placa Chave Rele 24V ................................................................................... 46 Figura 3.20 – Esquema de ligação Chave Rele 24V para mudança de sentido de operação da mesa móvel ..................................................................................................................... 46 Figura 3.21 – Interface Homem/Máquina ........................................................................... 47 Figura 3.22 – Esteira Separadora ......................................................................................... 48 Figura 3.23 – Painel eletropneumático ................................................................................ 49

Figura 3.24 – Ventosas para captação das peças (pequena e grande) ................................. 50 Figura 3.25 – Sistema Ventosa e atuador pneumático......................................................... 50 Figura 3.26 – Base construída para mesa móvel. ................................................................ 51 Figura 3.27 – Sistema para deslocamento da esteira móvel ................................................ 51 Figura 3.28 – Sistema de marcação e desempilhamento ..................................................... 52 Figura 3.29 – Lógica em Ladder implementada para acionamento do motor com Inter travamento. .......................................................................................................................... 53 Figura 3.30 – Normalização do valor a “setar” velocidade do motor. ................................ 54 Figura 3.31 – Lógica para sistema de desempilhamento das peças. .................................... 55 Figura 3.32 – Lógica para sistema de marcação das peças. ................................................ 56 Figura 3.33 – Diagrama Ladder lógica para identificação de peça de metal. ...................... 57 Figura 3.34 – Diagrama Ladder lógica para sucção, elevação e transporte da peça para caixa de destino ................................................................................................................... 58 Figura 3.35 – Diagrama Ladder lógica para acionamento do motor da esteira móvel para transporte das peças ............................................................................................................. 59 Figura 3.36 – Diagrama Ladder lógica retorno da esteira móvel para posição inicial ........ 60 Figura 3.37 – Diagrama Ladder lógica sistema de contagem das peças ............................. 61 Figura 4. 1 – Interface da IHM para controle e supervisório do processo .......................... 62 Figura 4. 2 – IHM, CLP e Protótipo Desenvolvido ............................................................. 64 Figura 4. 3 – tipos de peças e suas devidas caixa de destino ............................................... 64 Figura 4. 4 – Foto do protótipo de sistema de marcação de peças com elevação e movimentação automatizada com auxílio de sucção a vácuo e sistema SCADA. .............. 65 Figura 4. 5 - Sistema de desempilhamento de peças ........................................................... 66 Figura 4. 6 – Momento da seleção de uma peça grande de metal sem marcar.................... 67 Figura 4. 7 - Sistema de marcação atuando ......................................................................... 68 Figura 4. 8 – Momento da seleção de uma peça pequena de madeira pequena com marcação .............................................................................................................................. 69 Figura 4. 9 – Momento da seleção de uma peça pequena de madeira grande sem marcar . 70

LISTA DE TABELAS

Tabela 3. 1- Configuração do CLP ...................................................................................... 34 Tabela 3. 2 – Parametrizações efetuadas no Inversor de Frequência. ................................. 39 Tabela 3. 3 – Configuração da IHM Siemens ..................................................................... 47 Tabela 3. 4 – Tags para acionamento do motor. .................................................................. 54 Tabela 3. 5 – Tags para sistema de desempilhamento e marcação de peças. ...................... 56

SUMÁRIO

LISTA DE ABREVIATURAS ..................................................................................................... 9 LISTA DE FIGURAS ................................................................................................................. 10 LISTA DE TABELAS ................................................................................................................ 12 1.

INTRODUÇÃO .................................................................................................................. 15

1.1.

MOTIVAÇÃO DO TRABALHO ................................................................................... 16

1.2.

PROBLEMA ................................................................................................................... 16

1.3.

OBJETIVOS ................................................................................................................... 16

1.3.1.

OBJETIVO GERAL ................................................................................................... 17

1.3.2.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS ...................................................................................... 17

1.4.

JUSTIFICATIVAS.......................................................................................................... 17

1.5.

ESTRUTURA DA MONOGRAFIA............................................................................... 18

2.

CONCEITOS GERAIS E REVISÃO DA LITERATURA ................................................ 19

2.1.

INTRODUÇÃO AOS SISTEMAS AUTOMÁTICOS ................................................... 19

2.2.

AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL ...................................................................................... 20

2.3.

AUTOMAÇÃO COMERCIAL ...................................................................................... 20

2.4.

CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL (CLP) ................................................ 21

2.4.1.

NORMA IEC 61131-3 ................................................................................................ 23

2.4.2.

LINGUAGEM LADDER LD ..................................................................................... 23

2.5.

SISTEMAS SUPERVISÓRIOS ...................................................................................... 24

2.5.1.

ARQUITETURA SCADA .......................................................................................... 25

2.5.2.

INTERFACE HOMEM MÁQUINA (IHM) ............................................................... 26

2.6.

ATUADORES E SENSORES ........................................................................................ 27

2.7.

SISTEMAS PNEUMÁTICOS ........................................................................................ 27

2.8.

MOTORES DE INDUÇÃO TRIFÁSICOS CA .............................................................. 28

2.8.1.

MÉTODOS DE PARTIDA ......................................................................................... 28

2.8.2.

PARTIDA COM INVERSOR DE FREQUÊNCIA .................................................... 29

3.

METODOLOGIA............................................................................................................... 31

3.1.

MATERIAIS UTILIZADOS .......................................................................................... 32

3.1.1.

CLP S-7 1200 /CPU 1214C (Siemens) ....................................................................... 33

3.1.2.

MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICO ....................................................................... 36

3.1.3.

INVERSOR DE FREQUÊNCIA ALTIVAR 08 TELEMECANIQUE ...................... 37

3.1.4.

ATUADORES PNEUMÁTICOS ............................................................................... 39

3.1.5.

VÁLVULAS ELETROPNEUMÁTICAS 5/2 VIAS .................................................. 40

3.1.6.

SENSORES ................................................................................................................. 41

3.1.7.

COMPRESSOR DE AR.............................................................................................. 44

3.1.8.

MESA MÓVEL .......................................................................................................... 45

3.1.9.

CHAVES RELES........................................................................................................ 45

3.1.10.

INTERFACE HOMEM/MÁQUINA .......................................................................... 47

3.2.

DESENVOLVIMENTO E CONSTRUÇÃO TÉCNICA DO PROJETO ....................... 48

3.3.

PROGRAMAÇÃO DO CLP ........................................................................................... 52

3.3.1.

ACIONAMENTO DO MOTOR E INÍCIO DA ESTEIRA ........................................ 53

3.3.2.

LÓGICA DOS SENSORES PARA RECONHECIMENTO DAS PEÇAS ................ 56

4.

APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS ................................................... 62

5.

CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ............................... 71

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................................ 72 6.

APÊNDICE A .................................................................................................................... 75

7.

APÊNDICE B ..................................................................................................................... 90

Capítulo 1 – Introdução 15 1. INTRODUÇÃO

A primeira revolução industrial reconduziu o homem da tarefa primária de utilização da força muscular para moldar e utilizar as suas ferramentas para criação de novos mecanismos fabris. No campo da produção mecânica, o estudo do rendimento das máquinas-ferramenta e a definição de normas de controle dimensional dos artigos fabricados, conduziram a produção em grande escala. A cada dia, surgem inúmeros processos automatizados, e tais processos tem se tornado cada vez mais complexo diante das demandas da sociedade. Demanda na fase do projeto e de implementação das ferramentas de engenharia ainda mais poderosas para modelá-los e analisá-los de maneira mais eficiente possível. (SOUZA, 2006). Desta forma, segundo CAPELLI (2009), utilizar pessoas em tarefas repetitivas e que não exijam raciocínio e poder de decisão é o mesmo que construir uma usina para acender uma simples lâmpada. Indivíduos devem ser aproveitados em trabalhos que demandem processos analíticos e cognitivos. Sendo aplicada então, a automação industrial neste contexto. Como consequência do progresso incessante, a produtividade foi vencida pela ação do consumo crescente. Com isso, nos últimos anos foram criados equipamentos capazes não só de reproduzir o movimento dos músculos humanos, mas também o seu sistema sensorial, a sua capacidade de pensamento e de ação (RIBEIRO, 1999). A necessidade de plantas fabris mais ágeis, com grande produtividade e um número de paradas muito pequeno, foi conseguida graças à integração de sistemas e a distribuição da inteligência nos diversos pontos da cadeia produtiva. Neste contexto, o cenário em que as empresas atuam nos dias de hoje aumenta em complexidade, sendo a vantagem competitiva um dos fatores de impacto para o avanço desses métodos de produção. As metas são cada vez mais desafiadoras e para que a qualidade e a eficiência sejam atingidas, faz-se necessário um apoio crescente do uso da automação. Desta forma, a automação permite novas funcionalidades, levando mais eficiência, controle, organização e intercâmbio de dados.

Capítulo 1 – Introdução 16 1.1.

MOTIVAÇÃO DO TRABALHO

Em diversas aplicações industriais se faz necessário o processo de marcação e separação de peças de acordo o tipo de material, o tamanho e forma geométrica. Ou seja, este processo visa automatizar procedimentos que se tornam repetitivos em vários processos fabris, com a automatização podemos obter uma maior eficiência na identificação, marcação e separação de peças, pode-se obter um maior controle de todo processo através do sistema SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition). O processo de sucção e elevação a vácuo dá uma maior suavidade no processo de separação de peças, evitando quebra ou danos às peças identificadas. Desta forma, o desenvolvimento de um sistema de marcação de peças com elevação e movimentação automatizada com auxílio de sucção a vácuo e sistema SCADA, apresenta uma ampla aplicação em diversos processos industriais.

1.2. PROBLEMA

Como utilizar o sistema SCADA no desenvolvimento de um protótipo de uma esteira de separação de peças com marcação, elevação e movimentação automatizada com auxílio de sucção a vácuo?

1.3.

OBJETIVOS

O referido projeto de final de curso visa aplicar conceito de automação em um sistema industrial, fazendo por meio de seleção, tipo e dimensões a separação de peças, e fazendo as devidas marcações ou perfurações nas mesmas. Desta forma, o método pode ser aplicado a qualquer processo industrial que se faz necessário o tipo de seleção referente nesse contexto tais como pinos, esferas e objetos de pouca complexidade geométrica. Além de ser capaz de realizar a supervisão e controle do motor de indução utilizado para movimento da esteira empregada, dos seus atuadores e dos sensores empregados para automatização do processo, ou seja, para tal projeto será empregado um sistema supervisório, SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition),ou seja, Sistemas de Supervisão e Aquisição de Dados para monitoramento de todo protótipo.

Capítulo 1 – Introdução 17 1.3.1. OBJETIVO GERAL A fim de atender o projeto de final de curso (PFC), este trabalho tem por objetivo desenvolver um sistema de marcação de peças com elevação e movimentação automatizada com auxílio de sucção a vácuo e sistema SCADA. De modo a contribuir para um maior dinamismo na aprendizagem dos conceitos teóricos adquiridos ao longo da graduação.

1.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Desenvolver o protótipo de um sistema que permita a supervisão computacional de seleção, marcação e abastecimento automatizado baseado no tamanho e tipo de material de peças a partir do emprego de servomecanismos, sistema de sucção de peças, sensores, controladores lógicos programáveis e software de interface gráfica. Desta forma tem-se por objetivos específicos no estudo e elaboração do projeto os seguintes pontos estudados: 

Desenvolver interface de comunicação entre motor de indução e sistema de supervisão;



Desenvolver interface de comunicação entre CLP e sistema de supervisão;



Configurar CLP e desenvolvimento de programação adequada;



Desenvolver circuitos eletrônicos para compatibilidade de sinais;



Desenvolver interface de supervisão e controle;



Realizar ensaios com os métodos de partida de motores e atuação dos CLPs;

1.4.

JUSTIFICATIVAS

O ensino de sistemas de automação exige laboratórios que proporcionem o contato de alunos com situações reais para permitir um confronto da teoria com a prática. As regras básicas de competitividade em um concorrido mercado presumem o uso eficaz e eficiente de tecnologias da informação. Os Sistemas de automação e Supervisórios, que permitem a otimização da cadeia de valor, podem assumir papel fundamental na estratégia do negócio de organizações industriais. Sendo assim, este

Capítulo 1 – Introdução 18 trabalho ressalta o uso dos sistemas de automatização industrial e sistema supervisório de um processo fabril. Atualmente,

o

Laboratório

de

Automação

Industrial

e

Sistemas

Eletropneumáticos do IFBA Campus Vitória da Conquista reúnem condições técnicas operacionais que possibilitaram o desenvolvimento de projetos voltados para um aprendizado ativo (active learning; WATSON, 1995; SMITH, 1989), um aprendizado distribuído (distributed learning; AUER, 2003) e um aprendizado de grupo (team learning; FALTIN, 2002). Por aprendizado ativo entende-se o “aprender fazendo” (learning by doing), enquanto no aprendizado distribuído tem-se uma separação de tarefas e responsabilidades entre alunos. No aprendizado de grupo, o trabalho em equipe e a comunicação entre alunos é fundamental para se chegar ao resultado esperado. Sob este contexto, o desenvolvimento do sistema ora proposto contribuiu para a formação profissional do aluno, através da implementação prática de conceitos encontrados no sistema industrial.

1.5.

ESTRUTURA DA MONOGRAFIA

Este trabalho é composto por 5 capítulos e 1 Apêndice, cuja estrutura apresenta a seguinte ordem: No capítulo II, apresenta-se a Revisão Bibliográfica com estudo desenvolvido em relação ao tema, sendo feito uma abordagem ampla sobre os sistemas automatizados, sistemas de aquisição de dados e supervisórios além de linguagem de programação. No capítulo III, são apresentados os Materiais e Métodos, onde também se discutem alguns princípios necessários para o entendimento dos procedimentos desenvolvidos experimentalmente. No capítulo IV são exibidos os resultados dos ensaios realizados para a validação do experimento e é feita a discussão sobre tais resultados. No capítulo V, são efetuados os comentários finais e conclusões do estudo bem como propostas para a continuidade desse trabalho.

Capítulo 2 – Conceitos gerais e revisão da literatura 19 2. CONCEITOS GERAIS E REVISÃO DA LITERATURA

2.1. INTRODUÇÃO AOS SISTEMAS AUTOMÁTICOS

No cenário de competição acirrado em que vivemos, com necessidades de operações globalizadas e integradas, as empresas estão cada vez mais buscando a eficiência na gestão de seus recursos, sejam eles humanos, físicos, financeiros e de tempo. É impossível imaginarmos hoje uma forma de gestão que não seja suportada pela Tecnologia da Informação. Desta forma, é notória a necessidade de tais sistemas e tecnologias para dar suporte às informações para uma perfeita gestão do negócio. Desse cenário, surge a Automação (do latim Automatus, que significa mover-se por si), desta forma, tem-se por objetivo fazer o controle dos mecanismo, efetuando as medições e fazendo as devidas correções para seu perfeito funcionamento sem a intervenção humana. Também pode ser definida como um conjunto de técnicas que se aplicam sobre um determinado processo com finalidade de torna-lo mais eficiente, com menor consumo de energia, redução de emissão de ruídos e um melhoramento das condições de segurança aos que operam e melhores condições das informações inerentes ao processo (CARRILHO, 2004). Segundo PRUDENTE (2011), um sistema pode ser definido como automatizado quando este é capaz de cumprir tarefas por meio de decisões tomadas em função de sinais provenientes do mesmo sistema a ser controlado. Ou seja, o sistema age sem intervenção humana. Os primeiros resultados obtidos no campo da automação industrial tiveram inicio no começo dos anos de 1960. Em 1968, a empresa BedFord Association, em BedFord – USA, foi contratada para desenvolver um dispositivo eletrônico em substituição aos sistemas que utilizavam a lógica de relés. O MODICON (Modular Digital Controller) foi o primeiro Controlador Lógico Programável inventado e substituiu toda parafernália, tornando o sistema muito mais flexível econômico e eficiente. Hoje em dia, a automação está presente nas mais variadas atividades da rotina humana, estando presente nas residências, no transito, através do sistemas de sinalização e controle do trafego, nos edifícios e estabelecimentos comercias, nos sistemas de

Capítulo 2 – Conceitos gerais e revisão da literatura 20 transportes, em processos industriais e varias outras áreas. Os sistemas de automação se aplica a diversos ramos, tais como, automação industrial e comercial.

2.2. AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

Na automação industrial busca-se essencialmente a eliminação da intervenção humana em um processo de produção, seja na operação ou no controle de processos de variáveis mensuráveis atuando assim para obtenção do produto ou resultado final (FAUSTINO, 2005). Uma boa definição para automação é um conjunto de técnicas destinadas a tornar automáticas a realização de tarefas, aplicando-se softwares e/ou equipamentos específicos em uma determinada máquina ou processo industrial, com a finalidade aumentar a eficiência, maximizar a produção com o menor consumo de energia e/ou matérias primas, menor emissão de resíduos de qualquer espécie, melhores condições de segurança, seja material, humana ou das informações referentes a esse processo, reduzindo assim o esforço e a interferência humana no processo, estando um passo a frente da mecanização, onde operadores humanos são providos de maquinaria para auxiliá-los em seus trabalhos. Percebe-se, portanto, que este amplo conceito se estende a diversos cenários, como, por exemplo, a máquina de lavar roupa para a lavadeira, a xerox para o escrivão, ou o robô para o operário industrial. Os benefícios para qualquer processo automação são nítidos: eficiência, segurança, menor custo, maior produção, etc.

2.3. AUTOMAÇÃO COMERCIAL

Automação comercial é a aplicação de métodos e ferramentas para automatizar processos comerciais, ou seja, mecanizar e agilizar processos manuais, alcançando maior eficiência. Podemos citar como exemplos um sistema de controle de estoque, folhas de pagamentos sistemas de recebimentos e pagamentos de contas, identificação de mercadorias por códigos de barras ou sistemas de radio frequência RFID utilizados em diversos estabelecimentos comerciais entre outros. Com a integração entre o homem e a máquina somando-se a gestão busca reduzir a mão-de-obra e despesas, e assim obter um melhor controle operacional sobre o

Capítulo 2 – Conceitos gerais e revisão da literatura 21 comercio. Tornando mais seguro processos passiveis de erros, tais como preenchimento de dados, emissão de notas ficais, cálculos e digitação. Desta forma a automação comercial tem como objetivo conquistar e manter seus clientes além de diminuir os custos de atendimento, logística e compra, redução no tempo de atendimento, melhor comunicação com os seus clientes, segurança, agilidade e redução de erros por conta da captação automática de dados e eliminação de transcrições.

2.4. CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL (CLP)

Existem diversos equipamentos que compõem um sistema de automação direta e indiretamente, mas o controlador lógico programável (também conhecido pela sigla PLC, do inglês Programable Logic Controller) é um dos mais importantes. O primeiro CLP foi desenvolvido no final de 1960, substituindo os antigos armários de relés eletromecânicos que exigiam quilômetros de fios para as conexões. Sendo o MODICON 084 (Modular Digital Controller) o primeiro CLP comercial. Em 1970 surgem os CLPs equipados com um processador e em 1973 surgem as primeiras comunicações entre CLPs, denominada de Mod bus. Afirma CAPELLI (2009) que até meados dos anos 90, todo o processamento de dados de uma fábrica era concentrado em um Centro de Processamento de Dados (CPD) que enviava os dados para a periferia e também os recebia através de imensos cabos. A Indústria ao evoluir para células automatizadas, ou seja, sistemas que compartilhavam informações tornaram-se mais eficazes, porém as ilhas de automação não se comunicavam entre si. Mais tarde, quando os sistemas corporativos passaram a exigir informações em tempo real, esse sistema perdeu sua eficiência, obrigando a otimização dos espaços utilizados no chão de fábrica. Como resposta surgiu a integração da operação industrial, esse sistema compõe desde o nível de chão de fábrica (sensores e atuadores) até o controle de processo e supervisão, tudo isso interligado por diversas redes industriais. Isso foi possível graças a fusão do processamento de informações com a comunicação, então abriram-se as fronteiras com novas formas de comunicação, que tornou os sistemas computacionais mais eficientes. Como resultado obteve-se a integração de vários sistemas os quais permitem a intercambialidade, interoperabilidade

Capítulo 2 – Conceitos gerais e revisão da literatura 22 e a expansividade destes sistemas, influindo nos custos e nos modos de gestão e manutenção. Neste contexto, os Sistemas Digitais de Controle Distribuídos (SDCD) eram implementados com computadores digitais específicos para aplicações de automação, no que se refere ao sistema operacional, programas aplicativos de controle e supervisão, hardware e configurações de seus dispositivos de entrada e saída. Estes equipamentos supriam as deficiências dos CLP, quanto a capacidade de processamento, memória de programação, quantidade de entradas e saídas e interface usuário/operador (CAPELLI, 2009). Com o crescente desenvolvimento dos CLPs e das interfaces homem máquina, os SDCD passaram a ter uma nova arquitetura, tornando-se bem mais flexíveis e com um custo bem menor. Desta forma, a maioria das implementações passaram a ser redes de CLP gerenciadas por sistemas de Controle Supervisório e Aquisição de Dados (SCADA). Um sistema SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) é formado por terminais remotos que coletam dados de campo e transmitem esses dados a uma estação principal através de um sistema de comunicação. Sistemas SCADA surgiram da necessidade de um frontend (interface) para sistemas de controle com CLPs (Controladores Lógicos Programáveis). Os CLPs, embora executem tarefas de medição e controle, não disponibilizam uma interface para monitoramento e atuação dos operadores. Desta forma, Os blocos são realimentados e o controlador (CLP) verifica os estados do processo através dos sensores, toma a decisão que foi programada e interfere no processo através dos atuadores, além de receber e enviar informações para o sistema de supervisão. Conforme apresentado no digrama da figura 2.1. Figura 2.1 – Processo de Automação

Fonte: Casillo (2011)

Capítulo 2 – Conceitos gerais e revisão da literatura 23 De acordo com CAPELLI (2009), o controlador lógico programável é um dispositivo microprocessador que surgiu para o ambiente industrial, sendo altamente versátil no seu modo de programação. Apresentando entre suas principais funções relações logicas, matemáticas números inteiros e binários, operações trigonométricas, armazenamento de dados, comparação, temporizadores, contagem e sequenciamento. Até a década de 90 vários protocolos de comunicação foram criados, porem chega a norma IEC 1131-3 que levam todas as linguagem a um padrão internacional. Hoje dentro da nova IEC 61131-3 pode-se programar o CLP de quatro modos, sendo eles: diagrama de blocos; lista de instruções; ladder e texto estruturado. Se aplicando um ou varias destas linguagens aos mais diversos fabricantes.

2.4.1. NORMA IEC 61131-3 Os CLPs são regidos pela Norma IEC 61131. Essa norma apresenta atualmente oito partes (IEC 61131-1 a IEC 61131-8). A terceira parte (IEC 61131-3) aborda as linguagens de programação e define, também, a estrutura de um projeto, os tipos de dados e a organização interna do programa. As cinco linguagens de programação definidas pela IEC 61131-3, são as Textuais: Lista de Instruções (Instruction List IL) e Texto Estruturado (Structured Text-ST) e as gráficas: Ladder (Diagramas de Relés-LD), Diagrama de Blocos Funcionais (Function Block Diagram-FBD) e a Linguagem de Sequenciamento Gráfico de Funções (SFC) (Sequencial Flow Chart-SFC), também conhecida por GRAFCET (SOUZA, 2006).

2.4.2. LINGUAGEM LADDER LD A linguagem Ladder é uma representação gráfica da linguagem de programação do CLP. Também conhecida como lógica de diagrama de contatos. A linguagem Ladder é o sistema de representação que mais se assemelha à tradicional notação de diagramas elétricos. Foi a primeira linguagem que surgiu para programação dos Controladores Lógicos Programáveis. Assim ela foi desenvolvida com os mesmos conceitos dos diagramas de comandos elétricos que utilizam bobinas e contatos. A função principal de um programa em linguagem Ladder é controlar o acionamento de saídas, dependendo da combinação lógica dos contatos de entrada. Vide figura 2.2.

Capítulo 2 – Conceitos gerais e revisão da literatura 24 Figura 2.2 – Exemplo programa Ladder

Fonte: Casillo (2011)

2.5. SISTEMAS SUPERVISÓRIOS

Na indústria tem-se a necessidade de centralizar as informações de forma a termos o máximo possível de informações com o menor tempo possível. O Sistema Supervisório veio para reduzir a dimensão dos painéis e melhorar a interface homem/máquina. São baseados em computadores executando softwares específicos de supervisão de processo industrial, conforme pode ser visto em figura 2.3. Figura 2.3 – Esquema Sistema Supervisório

Fonte: Casillo (2011)

Capítulo 2 – Conceitos gerais e revisão da literatura 25 2.5.1. ARQUITETURA SCADA SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) na automação refere-se a sistemas de supervisão, controle e aquisição de dados composto por um ou mais computadores monitorando e controlando um processo. O objetivo principal dos sistemas SCADA é propiciar uma interface de alto nível do operador com o processo informando-o "em tempo real" de todos os eventos de importância da planta. Um sistema SCADA permite a um operador, em uma localização central, controlar um processo distribuído em lugares distantes, como, óleo ou gás natural, sistemas de saneamento, ou complexos hidroelétricos, fazer set-point ou controlar processos distantes, abrir ou fechar válvulas ou chaves, monitorar alarmes, e armazenar informações de processo. Funções Básicas de um Supervisório: Aquisição de dados Retirada de informações do processo através da conexão que o computador tem com o CLP, controlador do processo. Gerenciamento de dados Apresentação, em tempo real de execução, dos dados do processo (telas, relatórios, históricos, etc.) Em vez de um simples piscar de lâmpadas, o operador tem uma melhor visualização quando efetivamente enxerga o abrir de uma válvula, o ligamento de um motor, ou outra informação do processo de maneira visual. Os sistemas SCADA podem adquirir dados dos CLPs através de diversos métodos e protocolos de comunicação. Eles, então, agrupam e formatam a informação de maneira adequada para a interpretação do usuário. Os benefícios mais significativos para o processo produtivo pode-se citar, segundo CAPELLI (2009): • Maior produtividade; • Otimização do espaço nas fábricas; • Melhora da qualidade e padronização do produto final; • Média alta para o tempo entre falhas; • Menor tempo de máquinas paradas; • Maior segurança para os operadores; • Menor consumo de energia elétrica;

Capítulo 2 – Conceitos gerais e revisão da literatura 26 • Menor consumo de insumos; • Redução de peças rejeitadas BEGA e FINKEL (2006) traz que internamente, os sistemas SCADA geralmente dividem suas principais tarefas em blocos ou módulos, que vão permitir maior ou menor flexibilidade e robustez, de acordo com a solução desejada. Em linhas gerais, essas tarefas dividem-se em: a) Núcleo de processamento; b) Comunicação com CLP/RTU; c) Gerenciamento de Alarmes; d) Históricos e Banco de Dados; e) Lógicas de programação interna (Scripts) ou controle; f) Interface gráfica; g) Relatórios; h) Comunicação com outras estações SCADA;

2.5.2. INTERFACE HOMEM MÁQUINA (IHM) Em uma máquina ou processo muitas vezes se faz necessário que o operador intervenha no processo ou na sequência de operação da máquina, ou então que o operador simplesmente visualize informações e tome atitudes no processo. Para esse fim são utilizados vários equipamentos, entre os quais podemos citar: Software de supervisão, também chamado Software Supervisório. Tipicamente, para o funcionamento do sistema SCADA as informações fluem dos equipamentos de campo para o núcleo de processamento principal. Este núcleo é o responsável por coordenar a distribuição destas informações com os demais componentes do sistema, até chegarem, de forma adequada, para o operador nas estações gráficas ou interface homem máquina (IHM), na forma de relatórios, gráficos de tendência, indicações numéricas, sinais de alerta e sinais sonoros, exibindo as indicações das variáveis de processo e mostrando anomalias, além de sugerir ou executar medidas para correção de desvios de processos. Segundo (MATIAS, 2011), uma IHM é um hardware industrial composto normalmente por uma tela de cristal líquido e um conjunto de teclas para navegação ou inserção de dados que se utiliza de um software proprietário para a sua programação.

Capítulo 2 – Conceitos gerais e revisão da literatura 27 2.6. ATUADORES E SENSORES Estes são os “braços e olhos” de um sistema SCADA. Sendo os equipamentos como medidores de nível, de vazão, posição, medidores de temperatura entre outros, os elementos que fornecem todas as informações qual o operador precisa para supervisionar e realizar o controle do sistema, realizando o papel de olhos e ouvidos do sistema. PRUDENTE (2011) afirma que os dispositivos detectores são componentes que detectam as informações necessárias no decorrer do processo automatizado. Podendo ser dividido em duas categorias. Tipo digital, cuja saída é do tipo on/off, ou seja ligado ou desligado. Ou do tipo analógico, sendo capaz de transformar o valor da grandeza física na entrada em um sinal elétrico ou pneumático de tipo continuo proporcional ao valor da grandeza física. Além disso, válvulas eletropneumáticas, motores, leds inversores de frequência e atuadores em geral utilizados no os braços do sistema SCADA. Nos sistemas automáticos, a operação final fundamental consiste em transformar um sinal elétrico, pneumático ou hidráulico em uma grandeza física, podendo na sua maioria ser um deslocamento mecânico. Sendo essa operação executada por atuadores que possam ser do tipo elétrico, pneumático, hidráulico ou mecânico (PRUDENTE 2011).

2.7. SISTEMAS PNEUMÁTICOS

De acordo com STEWART (2002) muitas maquinas e processos se utilizam de um fluido para desenvolver uma força para mover ou sujeitar um objeto, ou controlar uma ação. Sendo muitas unidade de fluidos empregados pela indústria moderna. Desta forma, os atuadores do tipo pneumáticos e hidráulicos são amplamente empregados em diversas aplicações de automação para levantar, mover bloquear e posicionar vários elementos. Outro fator também destacado por STEWART (2002), que o uso de ar comprimido apresenta algumas vantagens, tais como a ausência de riscos de faíscas em atmosferas explosivas, sendo o único tipo de potencia utilizado em certas operações de mineração, uma vez que o ar comprimido pode ser armazenado em um tanque para usos eventuais, além disso um pequeno compressor pode ser usado para encher um tanque de armazenamento para usos intermitentes e não são necessários linhas de retornos.

Capítulo 2 – Conceitos gerais e revisão da literatura 28 2.8. MOTORES DE INDUÇÃO TRIFÁSICOS CA

As máquinas elétricas estão presentes em diversos setores e dentro da indústria é o equipamento que possui o maior consumo de energia. As máquinas elétricas são classificadas em duas categorias: geradores e motores. A diferença entre elas está no sentido de transformação da energia, pois ambas as máquinas possuem a mesma estrutura básica: um elemento fixo, chamado estator, e outro móvel, capaz de girar (o rotor). Nesses elementos são fixados enrolamentos onde a corrente circula: um desses é capaz de gerar os campos magnéticos necessários ao funcionamento da máquina e é chamado enrolamento de campo; o outro é chamado enrolamento de armadura (FITZGERALD, 2006).

2.8.1. MÉTODOS DE PARTIDA Em motores de indução trifásicos a corrente de partida se apresenta entre 5 a 7 vezes maior do que seu valor. Entretanto, desde que o sistema suporte este pico de corrente na partida, sempre a melhor alternativa do ponto de vista intrínseco do motor é utilizar a partida à plena tensão (SILVA, 2007). À medida que o motor vai vencendo a inércia (resistência de carga) e aumentando a rotação, a corrente vai diminuindo até chegar ao valor de regime permanente. Quando um motor é colocado em funcionamento, a corrente é aumentada e isso pode acarretar em uma queda de tensão que pode afetar o funcionamento, sobretudo se a seção do condutor que alimenta o motor é insuficiente. Para o caso do motor utilizado para movimento da esteira, a partida e sua forma de controle são os pontos relevantes para o bom funcionamento da esteira e montagem do protótipo, pois este motor ele deve apresentar uma partida suave e se manter constante no decorrer do processo, pois caso contrário poderia haver distúrbio, atrasos e adiantamento na esteira, e o CLP será sempre sensível ao parâmetro tempo, para acionamento de seus atuadores, desta forma o motor deve se apresentar constante e ser controlado, podendo ser usado para tal implementação ser utilizado o controle através de inversores de frequência. Este método se apresenta muito eficiente para controlar a velocidade dos motores de indução.

Capítulo 2 – Conceitos gerais e revisão da literatura 29 2.8.2. PARTIDA COM INVERSOR DE FREQUÊNCIA Inversores de frequência são equipamentos de baixo custo para o controle da velocidade de motores de indução trifásicos, o que gera uma economia de energia sem prejudicar a qualidade final do sistema. A grande vantagem de utilização de inversores é que além de gerar economia de energia também reduz o custo de instalação do sistema. Os inversores variam as velocidades dos motores de acordo com a maior ou menor necessidade de vazão ou pressão ou temperatura de cada zona de controle. Ao diminuir a velocidade, os inversores proporcionam grande economia de energia. Os inversores transformam a tensão da rede, de amplitude e frequência constantes, em uma tensão de amplitude e frequência variáveis. Variando-se a frequência da tensão de alimentação, varia-se também a velocidade do campo girante e consequentemente a velocidade mecânica de rotação da máquina (WEG, 2006). De acordo com (VASCONCELOS; SILVA; CALDAS, 2008), outra vantagem que se obtém utilizando inversores de frequência é a possibilidade de redução dos custos de manutenção. Possibilitando que os motores sejam acionados suavemente, sem trancos. Com isso, reduz-se a quebra de elementos de transmissão como correntes e rodas dentadas, que ocorrem frequentemente em virtude do esforço adicional provocado pelos motores de partida direta.

Desta forma, o inversor de frequência possibilita o controle do motor CA variando a frequência, mas também realiza a variação da tensão de saída para que seja respeitada a característica V/F (Tensão/ Frequência) do motor. Para entender o funcionamento de um inversor de frequência, é necessário saber a função de cada bloco que o constitui, figura 2.4. O aparelho é ligado na rede, podendo ser monofásica ou trifásica, e em sua saída já uma carga que necessita de uma frequência diferente da rede. Para tanto, em um primeiro estágio o inversor tem um circuito retificador, responsável por transformar a tensão alternada em contínua, após isso a um segundo estágio capaz de realizar o inverso, ou seja, de CC para CA (conversor), e com a frequência desejada pela carga. (VASCONCELOS; SILVA; CALDAS, 2008).

Capítulo 2 – Conceitos gerais e revisão da literatura 30 Figura 2.4 - Diagrama de blocos de um inversor de frequência.

Fonte: diagrama inversor de frequência... (2014)

Capítulo 3 – Metodologia 31 3. METODOLOGIA

Neste processo tem-se uma torre com a matéria prima bruta, que em seguida será desempilhada e através de um processo automatizado, podendo antes do processo de desempilhamento através de uma ação do usuário habilitar o sistema de marcação de peças. Uma vez habilitado o sistema de marcação, na própria torre de desempilhamento a peça será marcada. Caso não seja habilitado o sistema de marcação de peças, logo as peças serão desempilhadas diretamente. Após este processo, a peça é encaminhada a uma esteira movimentada por um motor de indução com sua velocidade controlada, que por sua vez, acionado por uma eletroválvula 5/2 vias terá entrada na esteira seletora. Sensores serão usados para detectar a altura e tipo de material das peças, o sensor indutivo no inicio da esteira faz o reconhecimento das peças de metal e o sensor capacitivo faz a identificação das peças de madeira. Sendo o sensor S1 responsável por detectar as peças pequenas e o sensor S2 detectam as peças grandes. Sendo 8 situações a se apresentar, uma vez que será utilizado peças de dois tamanhos (pequenas e grandes), dois tipos de materiais (metal e madeira) e podendo ser marcadas ou sem marcação. Desta forma, podemos ter: peças de metal grande pequena sem marcar; peças de metal pequenas sem marcar; peças grande de madeira sem marcar e peças de madeira pequena sem marcar, destinando-as ao lado da esteira das caixas de peças sem marcação nas caixas 1, 2, 3 e 4 respectivamente. Já as peças com marcação são destinadas ao lado da esteira de peças com marcação, sendo elas: peças de metal grande com marcação; peças de metal pequena com marcação; peças de madeira grande com marcação e peças pequena de madeira com marcação, destinando-as as caixas 5, 6, 7 e 8 respectivamente. Quando a peça for devidamente selecionada, o sistema de transporte de peças, através de um sistema de sucção a vácuo fará a seleção e elevação da peça e colocando em local próprio para a seleção feita, havendo assim oito depósitos diferentes para cada tipo de peça. O sistema de transporte de peças avança para a posição da caixa de cada tipo de material que já foi definido através dos sensores instalado logo após a inserção das peças na esteira, e a base móvel pode se deslocar para o lado direito ou esquerdo da esteira de acordo com a situação selecionada de marcação de peças. A figura 3.1 mostra parte do processo em um esboço do processo de seleção de peças na esteira. Todo este

Capítulo 3 – Metodologia 32 processo é controlado por um CLP e será supervisionado em tempo real pelo sistema supervisório IHM. Figura 3.1 – Estação seletora de peças

Fonte: Elaborada pelo autor

No projeto proposto foi desenvolvidas ferramentas de instrumentação virtual que permitem a supervisão do processamento realizado por um CLP, bem como a interface homem máquina. O CLP foi programado na Linguagem Ladder, que é uma linguagem gráfica baseada na lógica de relés e contatos elétricos para a realização de circuitos de comandos de acionamentos elétricos. É considerada a primeira linguagem utilizada pelos fabricantes, a mais difundida e encontrada em quase todos os CLPs da atual geração. Nesta linguagem, bobinas e contatos são símbolos utilizados para representação das condições que serão avaliadas de acordo com uma lógica predeterminada.

3.1. MATERIAIS UTILIZADOS

Para este projeto foi elaborado um circuito eletrônico para interface de comunicação entre o motor de indução e o controlador lógico programável e sistema supervisório para monitoramento e controle do sistema. Para tal foram utilizados os seguintes materiais:

Capítulo 3 – Metodologia 33 

Controlador Lógico Programável (CLP) Siemens S7 1200;



Motor de indução trifásico ¼ CV;



Inversor de Frequência 1CV;



Computador Host;



Atuadores pneumáticos;



Sensores capacitivos, indutivos, magnéticos e óticos;



Válvulas eletropneumáticas 5/2 vias.



Interface Homem/Máquina



Esteira separadora;



Base móvel para seleção das peças;



Compressor de ar;



Chaves reles;



Mangueiras para conexões pneumáticas;



Disjuntor termomagnético monofásico 5A;

O protótipo de testes está instalado e em condições de operação no Laboratório de Sistemas de Automação Industrial do Instituto Federal da Bahia, campus de Vitória da Conquista. Para tal montagem foi necessário realizar alguns ajustes prévios e fazer as devidas parametrizações, tais como:

3.1.1. CLP S-7 1200 /CPU 1214C (Siemens) Para realização do referido projeto foi utilizado o CLP S-7 1200 /CPU 1214C, mostrado na figura 3.2, da Siemens. Este CLP possui conexão ETHERNET o que permite que ele se integre mais facilmente a uma rede de controle de grande porte e permitindo também que o seu controle seja feito remotamente se adequando assim, as necessidades de um sistema de controle em SCADA Todas as entradas e saídas do CLP são controladas por relés. (SIEMENS, 2011).

Capítulo 3 – Metodologia 34 Figura 3.2 - CLP Siemens S7-1200

Fonte: Elaborada pelo autor

A Tabela 3.1 mostra a configuração deste CLP.

Tabela 3. 1- Configuração do CLP Entradas Digitais

14 Acionamento

24 VDC

Endereçamento

%IX.Y

Saídas Digitais

10 Acionamento

24 VDC

Endereçamento

%QX.Y

Saída Analógica

1 Acionamento

0 – 10 VDC

Endereçamento

%QW80

Fonte: Elaborada pelo autor

Na sua configuração original este CLP não conta com nenhuma saída analógica, como foi necessário utilizar uma saída analógica para controle da velocidade do motor, foi adicionado um bloco (SB1232 AQ) com uma saída analógica, figura 3.3. Foi adicionado também ao CLP um slot para conexão em rede (CSM 1277) de expansão com quatro slots para conexão ETHERNET, figura 3.4, para conexão da tela touch screen (IHM), o computador, o CLP. Para configuração dos dispositivos acoplados e esse CLP conta com uma interface de programação cedida pela Siemens denominada

Capítulo 3 – Metodologia 35 TIA (Totally Integrated Automation).

Esse software é utilizado tanto para a

programação em Ladder do CLP quanto para a programação da IHM e configuração dos protocolos de comunicação entre os diversos dispositivos que estão presentes no sistema.

Figura 3.3 - Bloco (SB1232 AQ - SIEMENS) que foi adicionado ao CLP

Fonte: Elaborada pelo autor

Figura 3.4 - Bloco (CSM 1277 - SIEMENS)

Fonte: Elaborada pelo autor

Capítulo 3 – Metodologia 36 3.1.2. MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICO Para o movimento da esteira foi utilizado um motor de indução trifásico 220 / 380 V, conforme figura 3.5, e com as seguintes especificações: 

Potência do motor: 1/4 CV;



Corrente de Pico Ip/In: 4A;



Frequência: 60 Hz;



Velocidade: 1695 rpm;



Tensão em triangulo: 220 V, corrente In: 1,11A;



Tensão em estrela: 380 V, corrente In: 0,64A;



Rendimento: 64%;



Fator de Potencia: Cos φ: 0,68.



Fator de Segurança F.S.: 1,15

Figura 3.5 – Motor de indução trifásico

Fonte: Elaborada pelo autor

Este tipo de motor apresenta 6 terminais e são fabricados para operar com 2 tensões relacionadas por √ , usualmente 220-380 V ou 380-660 V. Na tensão mais baixa serão ligados em triângulo e na mais alta em estrela (FITZGERALD, 2006). Para utilização no projeto foi utilizado o esquema de montagem em delta( figura 3.6.

. Conforme

Capítulo 3 – Metodologia 37 Figura 3.6 - Motor de 6 terminais, tensão nominal 220/380V: (a) conexão a rede 220/127 V (b) conexão a rede de 380/220 V.

Fonte: FITZGERALD, (2006)

3.1.3. INVERSOR DE FREQUÊNCIA ALTIVAR 08 TELEMECANIQUE Para controle do motor de indução foi utilizado o inversor de frequência ATV08 Telemecanique, Figura 3.7 Figura 3.7 – Inversor de frequência ATV-08 Telemacanique

Fonte: Elaborada pelo autor

O inversor utilizado apresenta as seguintes especificações: 

Alimentação: 200-240 V;



Frequência: 50/60 Hz;



Potência: 0,37 KW.

Capítulo 3 – Metodologia 38 A Figura 3.8 mostra o esquema de ligação do inversor de frequência para regulação de fábrica.

Figura 3.8 - Esquema para "regulação de fábrica"

Fonte: Schneider, (s/d)

Características das entradas e saídas: 

LI1: para a frente;



LI2: para trás;



LI3/LI4: 4 velocidades previamente selecionadas;



R1A/R1C: contatos do relé. o Poder de comutação mínimo: 10 mA para a 24 V. o Poder de comutação máximo com carga indutiva (cos ϕ 0,3 ou L/R = 10 ms): o 2 A para cc 250 V ou ca 30 V.



+5 : Fonte de alimentação de 5 V, 10 mA máximo para um potenciómetro de referência de 2,2 kΩ.



AI1 : Entrada analógica de 0 + 5 V impedância de 50 kΩ (reconfigurável em 0 + 10 V ou, com uma resistência de 500 Ω em paralelo 0/20 mA ou 4/20 mA).



A0 : Saída analógica com coletor aberto do tipo PWM a 1,2 kHz, débito máximo de 10 mA, impedância de saída de 1kΩ.



COM : Comum de 0 V para entradas/saídas.

Capítulo 3 – Metodologia 39 

LI1, LI2, LI3, LI4 : Entradas lógicas, impedâncias de 5 kΩ, alimentação interna de 15 V (entre 11 V e 15 V) ou externa de 24 V (entre 11 V e 30 V).



+15 : Alimentação para as entradas lógicas: 15 V, débito máximo de 100 mA. Para utilização do inversor de frequência alguns foram parametrizados no

próprio inversor alguns parâmetros, tais como rampa de aceleração e desaceleração, além de máxima e mínima frequência de operação, como visto na tabela 3.2. Tabela 3. 2 – Parametrizações efetuadas no Inversor de Frequência. Sigla no

Função

Unidade

Inversor

Regulação efetuada

bfr

Frequência nominal do motor

Hz

60

ACC

Tempo de aceleração do motor

s

5

dEc

Tempo de desaceleração do motor

s

5

LSP

Pequena velocidade

Hz

4

HSP

Grande velocidade

Hz

20

Fonte: Elaborada pelo autor

Foram parametrizados estes valores para que a esteira tenha um melhor comportamento no arranque do motor e para que não atinja grandes velocidades, ocasionando risco, desta forma o HSP, ou grande velocidade do motor, está abaixo da máxima rotação nominal do motor estando definido em 20 Hz. 3.1.4. ATUADORES PNEUMÁTICOS De acordo com STEWART (2002), o termo atuador pode ser definido como um dispositivo que converte energia fluida em movimento mecânico. Os atuadores pneumáticos também conhecidos por cilindros ou pistões pneumáticos são elementos de trabalho que transformam a energia mecânica através de duas maneiras: simples ação: que realizam o trabalho em uma única direção; dupla ação: que realizam o trabalho em ambas as direções (SILVA, 2007). Para implementação do protótipo foi utilizados atuadores de dupla ação figura 3.9. Esses cilindros possuem duas entradas de ar e são empregados em casos em que é necessário o uso de força nos dois sentidos de atuação ou ainda nos casos em que se necessita de forças elevadas, onde se emprega no mesmo cilindro mais de um êmbolo,

Capítulo 3 – Metodologia 40 para se proporcionar cargas simultâneas, assim as mesmas são somadas, fazendo com que a força do cilindro aumente; Figura 3.9 – Atuador Pneumático de ação dupla

Fonte: Elaborada pelo autor

Os cilindros pneumáticos possuem uma característica muito importante, podem alcançar velocidades consideráveis em seus movimentos, o que poderia causar impactos secos e danificações de suas partes internas. Para evitar que isso aconteça, os cilindros podem possuir um êmbolo de amortecimento que tem a função de interromper a passagem direta do ar, deixando apenas uma pequena passagem para que o ar fique restringido e cria uma sobre pressão que para ser vencida, absorve grande parte da energia cilindro, o que resulta em perda de velocidade no fim de seu curso.

3.1.5. VÁLVULAS ELETROPNEUMÁTICAS 5/2 VIAS Para acionamento dos atuadores, responsáveis pela retirada das peças da esteira foram utilizadas válvulas direcionais 5/2 vias com acionamento elétrico (solenoide) e retorno por mola, figura (3.10) Estas válvulas recebem o sinal elétrico da saída do CLP que fará empurrar o pistão ou atuadores pneumáticos, uma vez que esse sinal elétrico cessar, o pistão retornará a posição original mecanicamente.

Capítulo 3 – Metodologia 41 Figura 3.10 – Válvula 5/2 Vias Eletropneumática

Fonte: Elaborada pelo autor

3.1.6. SENSORES Para seleção das peças e controle do sistema foram utilizados alguns sensores no protótipo, sendo utilizados sensores do tipo: Sensores capacitivos; Sensores indutivos; Sensores de barreira; E sensores eletromagnéticos. Na esteira móvel que faz a captação das peças foram utilizados três sensores eletromagnéticos do tipo SMTO-1-...-C. Figura 3.11. Figura 3.11 – Sensor de proximidade eletrônico Festo Tipo SMTO-1-...-C

Fonte: SENSOR ... (2014)

Estes sensores são responsáveis por indicar os pontos de paradas da esteira móvel, sendo então três posições a considerar, fim de curso a direita; fim de curso a esquerda e posição central, conforme figura 3.12.

Capítulo 3 – Metodologia 42 Figura 3.12 – Esteira móvel e sensores de posições fim de curso e central.

Fonte: Elaborada pelo autor

Para a detecção das peças de madeira foi utilizado o sensor capacitivo, estes são sensores que detectam qualquer tipo de massa. O seu funcionamento ocorre por meio de incidência de um campo elétrico gerado por cargas elétricas em sua face, assim formando um capacitor. Os capacitores apresentam essa característica de aumentar sua capacitância se colocado um tipo de massa dielétrica (isolante) entre seus eletrodos. Por fim, o circuito eletrônico do sensor detecta essa variação de capacitância e atua sua saída, que pode ser um contato NA ou NF para corrente alternada ou contínua, um transistor ou ainda um sinal variável de tensão ou corrente (saída analógica). Conforme figura 3.13. Figura 3.13 – Sensor capacitivo

Fonte: SENSOR CAPACITIVO ... (2014)

Capítulo 3 – Metodologia 43 Para a detecção das peças de metais foi utilizado um sensor do tipo indutivo, figura 3.14. Estes tipos de sensores executam uma comutação eletrônica quando um objeto metálico invade seu campo eletromagnético, causando a mudança de seu estado lógico. Figura 3.14 – Sensor indutivo

Fonte: SENSOR INDUTIVO ... (2014)

Na figura 3.15 é possível verificar a posição dos sensores capacitivo e indutivo na esteira seletora. Figura 3.15 – Instalação sensores para reconhecimento do tipo de material

Fonte: Elaborada pelo autor

No reconhecimento do tamanho das peças, foram utilizados dois sensores ópticos instalados na posição da retirada da peça e com alturas diferentes, de acordo tamanho das peças.

Capítulo 3 – Metodologia 44 Este tipo de sensor foi empregado, pois apresenta uma maior confiabilidade e sensibilidade para detecção de posição e tamanho das peças. Foi utilizado o sensor SOEG-RT-030 da Festo. Os sensores de tamanhos foram instalados na base móvel em local para detecção da posição correta para retirada das peças. A figura 3.16 mostra estes sensores instalados na esteira. Figura 3.16 – Instalação sensores para reconhecimento do tamanho do material

Fonte: Elaborada pelo autor

3.1.7. COMPRESSOR DE AR Para o funcionamento de toda a parte pneumática dos atuadores foi necessário utilizar um compressor de ar, disponível no Laboratório de Sistemas de Automação Industrial do Instituto Federal da Bahia, campus de Vitória da Conquista. Figura 3.17. Figura 3.17 – Compressor de ar Schulz

Fonte: Elaborada pelo autor

Capítulo 3 – Metodologia 45 A característica básica de um compressor é de converter movimentos mecânicos gerados por energia elétrica, ou eventualmente, alguma outra forma de energia como motores à diesel e gasolina em ar comprimido. Desta forma, Compressores de alta capacidade, geralmente possuem três pistões e são usados em grandes sistemas pneumáticos de fábricas e oficinas.

3.1.8. MESA MÓVEL Para a seleção e encaminhamento das peças para a caixa destinada a cada tipo de peça, foi utilizado uma esteira móvel, conforme figura 3.18. Esta possui um motor CC, que quando acionado gira um eixo e faz o deslocamento da mesa da esteira para direta e a partir de método de reversão faz a retorno da esteira para esquerda. No protótipo, esta esteira foi utilizada em três estágios, ficando a mesa na posição central identificada por um sensor de posição, e uma vez que detectar uma peça marcada, a esteira se desloca para esquerda até o sensor de posição fim de curso do lado esquerdo da esteira, e após colocar a peça no local desejado retorna até a posição inicial (posição central). Caso seja detectado uma peça sem marcar, a esteira se desloca para a direita colocando a peça no local correto e retornando a posição central. A figura 3.12 mostra a instalação do sensores e a mesa móvel utilizada. Figura 3.18 – Mesa Móvel

Fonte: Elaborada pelo autor

3.1.9. CHAVES RELES Para acionamento do motor de indução e realização da reversão do motor, foram utilizadas chaves reles, figura 3.19.

Capítulo 3 – Metodologia 46 Figura 3.19 – Placa Chave Rele 24V

Fonte: Elaborada pelo autor

Estas chaves permitem o acionamento com um sinal digital de 24 Volts acionar o comando de partida do sentido horário e anti-horário , que no caso do motor foi acoplado ao inversor de frequência e o chaveamento de sentido de rotação é feito através de um nível de tensão de 15 Volts. Como as chaves possuem isolamento, um nível de tensão de entrada de 24 V permite a abertura ou fechamento das chaves auxiliares de cada uma das bobinas (K1, K2 e K3). As chaves reles foram utilizadas também para acionamento da mesa móvel, permitindo o controle do motor e sentido de operação à direita e a esquerda, de acordo programação estabelecida. A figura 3.20 mostra o esquema de ligação da mesa móvel na placa chave rele para obter os dois sentidos de operação da mesa móvel.

Figura 3.20 – Esquema de ligação Chave Rele 24V para mudança de sentido de operação da mesa móvel

Fonte: Elaborada pelo autor

Capítulo 3 – Metodologia 47 3.1.10. INTERFACE HOMEM/MÁQUINA A IHM possui tela Touchscreen e é interligado ao CLP central. Um computador dedicado possibilita o operador monitorar e fazer as devidas operações de ajustes. Através de um display gráfico de 6 polegadas, a IHM pode mostrar animações e textos, e cumpre a função de mostrar de forma inteligível o status do processo, de sensores, atuadores, válvulas, motores, valores de variáveis de processos, alarmes e indicações de falhas. Para este protótipo, a tela Touchscreen, permite exibe status de processos, informações dos contadores de peças, alarmes de situação da máquina e botões de comandos para acionamento, parada e inicio de operações. A figura 3.21 mostra a tela Touchscreen utilizada no protótipo. Figura 3.21 – Interface Homem/Máquina

Fonte: Elaborada pelo autor

O painel utilizado para montagem do projeto possui as configurações e especificações exibidas na tabela 3.3. Tabela 3. 3 – Configuração da IHM Siemens SIMATI HMI KTP600 Basic Color Display

5.7 inch TFT Display, 256 Colors

Resolution

320 x 240 pixels

Control Elements

Touchscreen resistive analog 6 freely configurable tactile keys

User Memory

512KB

Capítulo 3 – Metodologia 48 Interfaces

1 x RS 485 / RS 422 With PROFIBUS DP Variant

Degree of Protection

1 x RJ45 Ethernet With PROFINET Variant

Installation cutout

IP 65 (Front if mounted)

Fontpanel

IP 20 rear

Device depth

44 mm

Configuration

WinCC Basic (TIA Portal) / WinCC Flexible

Software

Compact Fonte: Elaborada pelo autor

3.2. DESENVOLVIMENTO E CONSTRUÇÃO TÉCNICA DO PROJETO Inicialmente foi feito a parte da estrutura da esteira, figura 3.22. Após a montagem da esteira pode-se fazer a acoplagem do motor para acionamento do movimento da esteira e define-se os pontos para fixação dos sensores para identificação das peças, em paralelo a essas atividades, foi executada a montagem do painel elétrico e da programação do CLP. Figura 3.22 – Esteira Separadora

Fonte: Elaborada pelo autor

Durante a montagem, foram feitos alguns testes individuais de componentes, verificando os melhores pontos para fixação dos sensores e dos respectivos atuadores, foi testado a programação do CLP e parte do comando elétrico, verificando que o painel tinha condições de ser instalado, desta forma, o painel para fixação das válvulas e parte pneumática foi fixado à estrutura da própria bancada, possibilitando a ligação de válvulas e solenoides e a ligação das mangueiras nos componentes, conforme figura 3.23. Os sensores foram instalados em partes estratégicas, de forma a manter a lógica de operação, juntamente com essas etapas, foi construído o painel pneumático e o mesmo

Capítulo 3 – Metodologia 49 foi instalado, Nesse ponto do processo, o equipamento já estava em condições iniciais de testes. Figura 3.23 – Painel eletropneumático

Fonte: Elaborada pelo autor

A retirada das peças após a identificação é feita através de um sistema desenvolvido com duas ventosas com sistema a vácuo. As ventosas foram presas e alturas predeterminadas para pegar peças pequenas e grandes. A figura 3.24 mostra as ventosas fixadas no protótipo.

Capítulo 3 – Metodologia 50 Figura 3.24 – Ventosas para captação das peças (pequena e grande)

Fonte: Elaborada pelo autor

O sistema de ventosa é acionado e um atuador pneumático desce até a altura da peça, figura 3.25, nesse momento o sistema de sucção é iniciado, fazendo a elevação da peça. Que após ser elevado, dará inicio a retirada da esteira e colocação na caixa destinada ao tipo de material selecionado. Figura 3.25 – Sistema Ventosa e atuador pneumático

Fonte: Elaborada pelo autor

Capítulo 3 – Metodologia 51 Para a seleção das peças e retirada da esteira foi desenvolvido um sistema com uma esteira móvel suspenso por uma base construída em armação de metal, figura 3.26. Esta base foi fixada em um sistema de trilho, que faz a mesa móvel se deslocar para frente e para traz, desta forma, o mesmo mecanismo das ventosas descritas acima pode pegar peças de madeira na posição recuada, ou peças de metal, uma vez que identificadas a base e a mesa móvel se desloca para frente da esteira, este deslocamento é realizado por atuador pneumático e controlado por uma eletroválvula pneumática, conforme mostra a figura 3.27. Figura 3.26 – Base construída para mesa móvel.

Fonte: Elaborada pelo autor

Figura 3.27 – Sistema para deslocamento da esteira móvel

Fonte: Elaborada pelo autor

Capítulo 3 – Metodologia 52 Para o sistema de marcação foi utilizado um motor de corrente contínua de 24 Volts e acoplado uma broca para marcação das peças. O sistema de marcação avança perfurando as peças através de um atuador de simples ação, tendo a velocidade de avanço controlado por uma válvula de controle de fluxo, e retorno por mola, conforme figura 3.28. A figura mostra os sistemas de desempilhamento de peças, responsável por colocar as peças na esteira. O sistema de marcação pode ser habilitado pelo usuário, ou ser desligado de acordo a necessidade do processo através da tela IHM. Figura 3.28 – Sistema de marcação e desempilhamento

Fonte: Elaborada pelo autor

3.3. PROGRAMAÇÃO DO CLP

A programação do CLP foi desenvolvida em LADDER, para programação e elaboração da tela de supervisório, foi utilizado programa compatível com o CLP e com integração a IHM. Desta forma, foi implementada a lógica para identificação dos diferentes tipos de peças e destinação as respectivas caixas. Sendo identificado na implementação deste projeto 8 tipos de peças e respectivamente 8 caixas de destinação, de acordo leitura de sensores instalados no inicio da esteira pode-se diferenciar peças de metal e madeira através de sensores indutivos e capacitivos, além de diferenciar esses tipos de materiais em peças pequenas e grande através de sensores óticos que fazem

Capítulo 3 – Metodologia 53 leitura com tamanho da peça ao passar pela esteira e através da ação do usuário pode ser habilitado o sistema de marcação.

3.3.1. ACIONAMENTO DO MOTOR E INÍCIO DA ESTEIRA A primeira etapa da programação descreve o acionamento do motor e inicio da esteira seletora. Neste processo foi implementado o sistema de inter travamento, para evitar que seja acionado o motor em ambos os sentidos de rotação, ou seja, se acionado o sentido de rotação anti-horário caso seja mudado pelo usuário para o sentido horário, automaticamente o sentido anti-horário se desliga, permitindo apenas rotação em único sentido. O botão de parada pode ser acionado a qualquer momento, desligando a máquina imediatamente em caso de emergência. Figura 3.29. Figura 3.29 – Lógica em Ladder implementada para acionamento do motor com Inter travamento.

Fonte: Elaborada pelo autor

Ao dar partida no motor, a esteira entrará em funcionamento em uma velocidade normal de operação, podendo ser alterado a velocidade do motor, desta forma foi

Capítulo 3 – Metodologia 54 implementado a seguinte linha conforme figura 3.30, onde o usuário pode escolher um valor de 0 a 5, este valor equivale a uma entrada de tensão no inversor de frequência de 0 a 5 volts, este valor fará aumentar proporcionalmente a frequência fornecida ao motor fazendo variar a velocidade do motor, essa escolha é feita através da IHM. A tabela 3.4 mostra as variáveis e a descrição das mesmas utilizadas no processo de acionamento do motor. Figura 3.30 – Normalização do valor a “setar” velocidade do motor.

Fonte: Elaborada pelo autor

Tabela 3. 4 – Tags para acionamento do motor. Chave

Nome

Tipo Chave

E/S

Função

%M12.3

Desliga

Normalmente

Entrada

Desliga o motor caso de

fechada %M12.2

Liga-sentido1

Normalmente

emergência Entrada

aberta %M12.1

Liga-sentido2

Normalmente

horário Entrada

aberta %Q0.0

Motor_sentido1

Bobina

Liga o motor no sentido

Liga o motor no sentido antihorário

Saída

Saída em 24V para acionar o sentido de rotação do motor

%Q0.1

Motor_sentido2

Bonina

Saída

Saída em 24V para acionar o sentido de rotação do motor

%MD0

Valor_setar

Numero Real

Entrada

Valor a ser inserido na IHM para escolha da velocidade do motor (0 a 5)

%QW80

Saída_Inversor

Numero Inteiro

Saída

Valor de tensão normalizado

Analógica

para controle de velocidade do motor

Fonte: Elaborada pelo autor

Capítulo 3 – Metodologia 55 Para o sistema de inserção de peças na esteira foi utilizado um desempilhador temporizado, após o início da esteira a cada 30 segundos, uma nova peça é desempilhada, este tempo de trinta segundos se justifica devido ao tempo que a base móvel demora para levar a peça até a caixa correta de cada material, desta forma, o processo esbarra na limitação da velocidade da mesa móvel. A lógica para funcionamento deste processo é mostrado na figura 3.31. Logo, se o sistema de marcação não estiver habilitado, as peças são desempilhadas normalmente. Se o usuário habilitar o sistema de marcação, o atuador para marcação e a furadeira executarão o processo 4 segundos antes do processo de desempilhamento, fazendo assim a marcação e posteriormente coloca a peça na esteira para identificação e separação de acordo com tamanho e tipo de material, a figura 3.32 mostra a lógica para o sistema de marcação. Figura 3.31 – Lógica para sistema de desempilhamento das peças.

Fonte: Elaborada pelo autor

Capítulo 3 – Metodologia 56 Figura 3.32 – Lógica para sistema de marcação das peças.

Fonte: Elaborada pelo autor

A tabela 3.5 mostra as variáveis e a descrição das mesmas utilizadas neste processo. Tabela 3. 5 – Tags para sistema de desempilhamento e marcação de peças. Chave

Nome

%M5.0

Parar_maq_cheio

Tipo Chave Normalmente

E/S Entrada

fechada %M12.4

Ligar_Marcar_Peças

Normalmente

Peças_marcadas

Normalmente

Entrada

Peças_sem_Marcar

Normalmente

Entrada

Atuador_Desempilha

Bobina

Seta a condição de peças marcadas no sistema.

Entrada

aberta %Q0.4

Liga o sistema de marcação de peças

aberta %M6.0

Desliga o motor caso a máquina esteja cheia

fechada %M5.7

Função

Seta a condição de peças sem marcar no sistema.

Saída

Saída em 24V para acionar o atuador desempilhador

%Q0.1

Motor_sentido2

Bobina

Saída

Saída em 24V para acionar o motor no sentido de operação

%M5.5

Iniciar Desempilha

Bobina

Saída

Seta a saída em 24V para acionar o o atuador desempilhador

%M5.6

Iniciar_empurra

Bobina

Saída

Seta a saída em 24V para acionar o sistema de marcação

Fonte: Elaborada pelo autor

3.3.2. LÓGICA DOS SENSORES PARA RECONHECIMENTO DAS PEÇAS A segunda etapa do programa em ladder descreve a lógica dos sensores, que fazem o reconhecimento pelo tipo de material e pelo tamanho da peça. Uma vez que a

Capítulo 3 – Metodologia 57 implementação da lógica dos sensores são bem parecidas, será mostrada apenas a programação para um tipo de identificação de peças. Lembrando que as peças marcadas e sem marcar são definidas pelo usuário e separadas já quando se define habilitar o sistema de marcação, desta forma a lógica dos sensores para peças marcadas e sem marcar se apresentam com a mesma configuração, mudando apenas que peças marcadas são colocadas do lado esquerdo da esteira e as peças sem marcar ao lado direito. A figura (3.33) descreve a lógica de seleção de uma peça de metal, setando assim a condição que há uma peça na esteira de metal e acionando o sistema de deslocamento da base móvel, avançando para a posição das peças de metais. Este processo é notado pela letra (S) no contato %Q0.7 “Atuador_trilho”. Desta forma, quando se habilitar ou não o sistema de marcação e a peça for desempilhada e passar pelo sensor indutivo e capacitivo simultaneamente, será acionado o atuador trilho e definindo no sistema que há uma peça de metal na esteira.. Quando esta peça passar por um dos sensores pequeno ou grande, dará inicio ao processo de sucção e elevação definido pela lógica descrita na figura 3.34. Esta situação será resetada quando uma nova peça for inserida na esteira. Figura 3.33 – Diagrama Ladder lógica para identificação de peça de metal.

Fonte: Elaborada pelo autor

Capítulo 3 – Metodologia 58 Figura 3.34 – Diagrama Ladder lógica para sucção, elevação e transporte da peça para caixa de destino

Fonte: Elaborada pelo autor

Nesta etapa quando uma peça estiver na esteira, seja ela de metal ou madeira (Chaves %M1.6 ou %M1.7 que se apresentam normalmente aberta e após a passagem da peça pelos sensores indutivos e capacitivos será setado o tipo de material), marcada ou sem marcar (Chaves %M5.7 ou %M6.0) e passar por um dos sensores de tamanho (Chaves %I0.4 ou %I0.5), estando a mesa móvel na posição do meio. Esse processo dará inicio ao atuador que fará a retirada da peça da esteira, e dará inicio ao processo de sucção e elevação da peça, e de acordo a condição solicitada pelo usuário de marcação de peças, a esteira móvel transportará esta até a caixa de destino. A figura 3.35 mostra o processo de seleção de uma peça marcada (Chave %M5.7), que quando habilitado da inicio ao motor da base móvel com giro para direita (Saída %Q02). Caso seja desabilitado o sistema de marcação o motor da base móvel inicia o giro para esquerda.

Capítulo 3 – Metodologia 59 Figura 3.35 – Diagrama Ladder lógica para acionamento do motor da esteira móvel para transporte das peças

Fonte: Elaborada pelo autor

Após a esteira móvel chegar ao sensor fim de curso direita ou esquerda, (Chave %I1.4 ou %I1.5), conforme figura 3.36, o atuador que faz a elevação da peça deve descer e soltá-la na caixa de destino, após este processo se dará o inicio do retorno da base da esteira móvel até chegar ao sensor meio. Chegando nesta posição será resetado o retorno do motor da base móvel tanto da direita como da esquerda. E a esteira estará liberada para desempilhar uma nova peça e terá inicio ao novo ciclo de separação.

Capítulo 3 – Metodologia 60 Figura 3.36 – Diagrama Ladder lógica retorno da esteira móvel para posição inicial

Fonte: Elaborada pelo autor

A figura 3.37 descreve o sistema de contagem, quando uma peça marcada de metal passar pelo conjunto de sensores, a chave (%M1.6) se fecha e quando passar pelo sensor de peça grande a chave (%M9.0) também se fecha, energizando a linha e o contador (%DB11) “Cont_Metal_Grande_C/M” , será registrado mais uma peça para o contador de peças metálico grande com marcação, armazenando esta variável em (%IW12). Uma vez que esse contador chegar ao limite (PV = 3), a esteira para e será informado através da IHM, que a máquina está cheia, devendo o usuário pressionar o botão “resetmaq” e retirar as peças da caixa que esteja cheia para reiniciar o processo de separação de peças e dar reinicio a máquina.

Capítulo 3 – Metodologia 61 Figura 3.37 – Diagrama Ladder lógica sistema de contagem das peças

Fonte: Elaborada pelo autor

A programação completa para o protótipo de separação de peças encontra-se no Apêndice A, bem como, a lista de tags utilizadas e sua descrição no programa apresentado no Apêndice B.

Capítulo 4 – Apresentação e análise dos resultados 62 4. APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS

A partir da construção do protótipo, pode-se intensificar e ajustar diversos parâmetros para leitura dos sensores elétricos e atuação das válvulas eletropneumáticas, além da parametrização adequada do inversor de frequência para o controle de velocidade da esteira transportadora. Uma IHM apresenta comandos de partida e parada do processo, bem como, o estado em tempo real de todo processo, sentido de rotação do motor indicado através de “led” na tela, um informativo de máquina cheia caso atinja o valor estabelecido pelo bloco contador do programa Ladder, além de exibir os contadores para cada tipo de peça selecionada. A IHM é apresentada na figura 4.1. Figura 4. 1 – Interface da IHM para controle e supervisório do processo

Fonte: Elaborada pelo autor

Nesta tela o usuário tem total comando para operação da esteira, podendo ligar o sentido de operação ou de reversão da esteira, resetar o contador, caso uma das caixas

Capítulo 4 – Apresentação e análise dos resultados 63 esteja cheia, além de habilitar e desligar o sistema de marcação. Estes botões se apresentam na parte de “Comandos” da IHM. No “Status do Processo” o usuário pode acompanhar as informações da esteira separadora, sentido de operação, se está ligado ou desligado, além de informações do sistema de marcação se está habilitado ou não. É possível também definir um valor para velocidade do motor caso haja necessidade de aumentar sua velocidade para uma maior produtividade. O botão “parada maquina cheia” irá piscar na tela fazendo o sistema de desempilhamento parar, caso uma das caixas atinja o valor máximo de contagem, que para o teste foi de três peças. É possível fazer o acompanhamento da contagem das peças através do bloco de contadores da IHM, esta tela apresenta em tempo real a contagem para cada tipo de peças que for selecionada no sistema, sendo 8 tipos, conforme figura 4.1 mostra acima. Desta forma, para iniciar o processo operador deve ligar a chave manualmente através de uma botoeira localizada próximo ao CLP que liga o sistema e após este processo pode ligar o sentido operação no painel Touch screen da IHM, dando partida no motor e consequentemente colocando a esteira em operação. Para dar início ao processo de desempilhamento o usuário deve escolher se habilitará ou não o sistema de marcação. Após esse processo o atuador desempilhador irá inserir uma nova peça na esteira a cada 30 segundos, e caso o sistema de marcação esteja habilitado 4 segundos antes do desempilhamento será feito a marcação na peça. Enquanto não for informado de que a máquina está cheia este atuador irá inserir peças na esteira, apresentando maquina cheia deve-se pressionar o botão “Reset” para reiniciar a máquina e volte a desempilhar peças para esteira. O botão de “Desliga” pode ser acionado a qualquer momento em caso de emergência, parando imediatamente todo o processo. A figura 4.2, mostra uma panorâmica da IHM, CLP e do protótipo desenvolvido.

Capítulo 4 – Apresentação e análise dos resultados 64 Figura 4. 2 – IHM, CLP e Protótipo Desenvolvido

Fonte: Elaborada pelo autor

A estação seletora faz a diferenciação entre 8 tipos de peças, sendo elas: peça pequena de madeira, peça grande de madeira, objeto pequeno de metal e objeto grande de metal, sendo estes 4 tipos marcadas ou sem marcar, desta forma na esteira tem-se 8 caixas para a destinação de cada tipo de peça. A figura 4.3 mostra as caixas para os quatro tipos de peças sem marcar, estando as peças marcadas ao fundo na imagem ou do lado esquerda da esteira. Figura 4. 3 – Tipos de peças e suas devidas caixa de destino

Fonte: Elaborada pelo autor

Capítulo 4 – Apresentação e análise dos resultados 65 O sistema completo é apresentado na figura 4.4, na qual podemos observar a integração de todos os componentes utilizados, e neste momento o protótipo já se encontra em total condição de funcionamento. Nesta imagem também é possível observar o resultado final do desenvolvimento prático do projeto, uma vez que a programação é apresentada como apêndice deste documento. Figura 4. 4 – Foto do protótipo de sistema de marcação de peças com elevação e movimentação automatizada com auxílio de sucção a vácuo e sistema SCADA.

Fonte: Elaborada pelo autor

Após dado inicio a esteira, será desempilhada uma nova peça a cada 30 segundos podendo esta ser marcada ou não antes do processo de desempilhamento, bastando o usuário habilitar ou desligar o sistema de marcação. A figura 4.5 mostra o processo de desempilhamento de uma peça, colocando na esteira para posteriormente ser identificada e destinada a sua caixa.

Capítulo 4 – Apresentação e análise dos resultados 66 Figura 4. 5 - Sistema de desempilhamento de peças

Fonte: Elaborada pelo autor

Desta forma, quando passar uma peça grande de metal e o sistema de marcação estiver desabilitado, o sensor indutivo e o capacitivo serão acionados simultaneamente, e conforme programação estabelecida, para a lógica dos sensores foi utilizado o contato selo de “set” e “reset”, logo a esteira terá armazenado a condição de que há uma peça de metal sem marcar na esteira. A condição de peças de metal faz com que a base móvel avance até a posição das peças de metais. Quando esta chegar à posição dos sensores de tamanho, se a peça for grande logo será detectada pelo sensor instalado para peças grandes, uma vez identificada acionará o pistão eletropneumático, que desce até a peça e suga elevando e transportando até a posição de peças grande de metal sem marcar. Este procedimento pode ser visualizado na figura 4.6, onde a peça está sendo

Capítulo 4 – Apresentação e análise dos resultados 67 transportada até sua caixa. Caso esta peça seja pequena o sensor não atuará e a peça segue para a caixa de peças pequenas de metal sem marcar. Figura 4. 6 – Momento da seleção de uma peça grande de metal sem marcar

Fonte: Elaborada pelo autor

Quando uma peça de madeira pequena for desempilhada e esta passar pelo processo de marcação solicitado pelo operador, será armazenado a condição de peça marcada, e consequentemente esta será encaminhada para o lado esquerdo da esteira após passar pelo procedimento de identificação do tamanho e tipo. O processo de marcação é mostrado na figura 4.7.

Capítulo 4 – Apresentação e análise dos resultados 68 Figura 4. 7 - Sistema de marcação atuando

Fonte: Elaborada pelo autor

Após o desempilhamento a peça entra na esteira e irá passar pelos sensores de tipo de material, por ser uma peça de madeira, o sensor indutivo não irá atuar, e somente o sensor capacitivo, desta forma, será armazenado a condição de peça de madeira na esteira, se a base móvel estiver na posição das peças de metal, a base irá recuar para a posição das peças de madeira. Quando a peça chegar a posição dos sensores de tamanho, nesta caso a peça é pequena, logo será detectada pelo sensor instalado para peças pequeno, que por sua vez acionará o pistão eletropneumático, que desce até a peça e suga elevando e transportando até a posição de peças pequena de madeira com marcação. Este procedimento pode ser visualizado na figura 4.8, onde a peça está sendo transportada até sua caixa.

Capítulo 4 – Apresentação e análise dos resultados 69 Figura 4. 8 – Momento da seleção de uma peça pequena de madeira pequena com marcação

Fonte: Elaborada pelo autor

Em mais um estudo de caso, quando uma peça grande de madeira passar pelo conjunto de sensores, e não estiver habilitado o sistema de marcação, apenas o sensor capacitivo irá acionar, o indutivo não irá atuar, pois este só reconhece materiais metálicos. Desta forma será “setado” no CLP que uma peça de madeira está na esteira, quando a peça estiver de frente ao sensor grande o pistão e o sistema de sucção farão a elevação e transporte da peça até a caixa de destino de peças de madeira grande sem marcar. A figura 4.9 mostra o processo de seleção de uma peça grande de madeira sem marcar.

Capítulo 4 – Apresentação e análise dos resultados 70 Figura 4. 9 – Momento da seleção de uma peça pequena de madeira grande sem marcar

Fonte: Elaborada pelo autor

Capítulo 5 – Conclusões e sugestões para trabalhos futuros 71 5. CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

Nesse trabalho foram apresentados os resultados do desenvolvimento de um sistema de marcação de peças com elevação e movimentação automatizada com auxílio de sucção a vácuo e sistema SCADA. O sistema é monitorado por uma IHM, composto de um painel Touchscreen e é controlado por um CLP S-7 1200 da Siemens além de um PC dedicado também utilizado. Considerando que o processo industrial apresenta-se em grande crescimento, pode-se afirmar que este projeto é de fundamental importância para complementação

de

conhecimentos

técnicos

e

ferramentas

necessárias

para

o

desenvolvimento de trabalhos voltados à área de sistemas de automação industrial. Neste sistema, o operador possui total autonomia no controle do sistema a ser selecionado e a identificação em tempo real, através da IHM e desta forma pode iniciar ou parar a esteira, além de alterar a velocidade desta para se ajustar a necessidade da demanda em um processo industrial, deste modo, torna-se possível o auxílio didático na compreensão de uma rotina industrial. Cada detalhe do projeto da montagem foi estabelecido de forma cautelosa, pois uma vez que apresentassem falhas, poderiam comprometer a obtenção de sucesso no resultado final, ou ainda comprometer equipamentos utilizados no laboratório. Desta forma, todo trabalho foi realizado fazendo-se os devidos estudos e ensaios das partes para manter a integridade dos componentes. Por fim, conclui-se que o protótipo está em operação no Laboratório de Sistemas de Automação Industrial do IFBA Campus Vitória da Conquista e atende à proposta inicial de trabalho, cujos resultados se mostraram satisfatórios.

Logo, recomenda-se para trabalhos futuros:  Desenvolvimento de um sistema de acesso remoto do sistema supervisório e IHM, podendo o usuário fazer a leitura e monitorar o status do processo em qualquer ponto com acesso a internet a exemplo de smart fone, tablet e notebook.  Implementação do sistema de malha fechada para o processo, tornando-o ainda mais

autônomo.

Referências 72 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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RIBEIRO, Marco Antônio. Automação Industrial. 4a edição. Salvador: Outono, 1999.

SCHNEIDER, Eletric, Telemecanique, Manual Altivar 08 ATV-08H•••M2. Edição (s/d)

SENSOR DE PROXIMIDADE ELETRÔNICO FESTO TIPO SMTO-1-...-C, 2014. Disponível em: . Acesso em Dezembro de 2014

SILVA, Marcelo Eurípedes. Apostila: CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS – LADDER. Piracicaba. 2007.

SIEMENS. Manual de Sistema, SIMATIC, S71200, Controlador Programável. Edição 11/2011.

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WEG. Motores de indução alimentados por inversores de frequência PWM. Guia Técnico. Equipamentos Elétricos S.A. Revisão: Setembro 2006.

Apêndice A 75

6. APÊNDICE A Segue o Apêndice A “lógica CLP (FC1)”, gerado pelo programa.

Apêndice A 76

Apêndice A 77

Apêndice A 78

Apêndice A 79

Apêndice A 80

Apêndice A 81

Apêndice A 82

Apêndice A 83

Apêndice A 84

Apêndice A 85

Apêndice A 86

Apêndice A 87

Apêndice A 88

Apêndice A 89

Apêndice A 90

7. APÊNDICE B Segue o Apêndice B “Lista de Tags utilizados para Lógica”, gerado pelo programa.

Apêndice A 91

Apêndice A 92

Apêndice A 93